風(fēng)力發(fā)電機齒輪增速箱畢業(yè)設(shè)計摘要步瓦如TRACTherapiddevelopmentofwindpowerindustryleadtotheprosperityofwindpowerequipmentmanufacturingindustryAsthecorecomponentofwindturbinethegearboxisreceivedmuchconcernromrelatedindustriesandresearchinstitutionbothathomeandabroadHoweverduetothedomesticresearchofgearboxforwindturbinestartslatetechnologyisweakespeciallyinthegearboxforMWwindturbinewhichmainlyreliedontheintroductionofforeigntechnologyThereforeitisurgentneedtocarryoutindependentdevelopmentandresearchonMWwindpowergearbox，andrulymasterthedesignandmanufacturingtechnologyinordertovethegoaloflocalizationforwindturbinesaleanalyzedandnofloadingcyclenumbersunderdifferenttorquelevelsisdeducedaccordingtothecurveofmaterials’fatigue．themechanicalstructureofgearboxisdetermined．Thetwo-stagederivationplanetarytransmissionschemeisselected．ThegearnalysisresultsisobtainedcstrengthcheckoftoothsurfacecontactisdstandardTheresultshowsthatitngsanddetermineappropriatereasonableparameters.KEYWORDS：GearboxforWindTurbine；thewindpower；StructureDesign.----------------錯誤!未定義書簽。外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢---------------------------------------1----------------------------------------------------------1---------錯誤!未定義書簽。--------------------------------------------------------5-------------------------------------------錯誤!未定義書簽。論文的主要內(nèi)容----------------------------------------------8-第二章增速箱齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計---------------------------------------9-增速箱齒輪的設(shè)計參數(shù)---------------------------------------9-增速箱齒輪設(shè)計方案----------------------------------------10-齒輪參數(shù)的確定--------------------------------------------13-低速級參數(shù)的計算---------------------------------------14-中間級參數(shù)的計算---------------------------------------17-高速級參數(shù)計算-----------------------------------------20-受力分析與強度校核---------------------------------------22-受力分析-----------------------------------------------22-齒輪強度計算與校核-------------------------------------26-第三章傳動軸的設(shè)計與校核--------------------------------------30-低速級傳動軸尺寸參數(shù)計算與校核-----------------------------30---------------------錯誤!未定義書簽。------------------------------------------錯誤!未定義書簽。中間級傳動軸的設(shè)計計算與校核-------------------------------32---------------------錯誤!未定義書簽。------------------------------------------錯誤!未定義書簽。高速級傳動軸的設(shè)計計算------------------------------------33-輸出傳動軸的設(shè)計計算---------------------------------------34-------------錯誤!未定義書簽。軸系部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計-----------------------------------------34-行星架的結(jié)構(gòu)設(shè)計-------------------------------------------35-傳動齒輪箱箱體設(shè)計-----------------------------------------36-齒輪箱的密封，潤滑，冷卻-----------------------------------37-齒輪箱的密封-------------------------------------------37-齒輪箱的潤滑，冷卻-------------------------------------38-齒輪箱的使用安裝-------------------------------------------40-第五章結(jié)論----------------------------------------------------40-參考文獻------------------------------------------------------41------------------------錯誤!未定義書簽。第一章前言風(fēng)力發(fā)電國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢風(fēng)能是一種清潔的永續(xù)能源，與傳統(tǒng)能源相比，風(fēng)力發(fā)電不依賴外部能源，沒有燃料價格風(fēng)險，發(fā)電成本穩(wěn)定，也沒有碳排放等環(huán)境成本；此外，可利用的風(fēng)能在全球范圍內(nèi)分布都很廣泛。正是因為有這些獨特的優(yōu)勢，風(fēng)力發(fā)為許多國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，發(fā)展迅速。根據(jù)全球風(fēng)能理年風(fēng)電成為非水電可再生能源中第一個全球裝機超過l億千瓦的電力資源。風(fēng)預(yù)測的權(quán)威機構(gòu)，據(jù)全球風(fēng)能理書會的預(yù)洲將會超過北美市場排在第二源進行評價，得到的結(jié)果是：在不考慮青藏高原的來，中國的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)和風(fēng)電市場發(fā)展十分發(fā)展情況來看，我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)將會長期保持制造業(yè)的繁榮，風(fēng)電齒輪箱作為風(fēng)電內(nèi)外風(fēng)電相關(guān)行業(yè)和研究機構(gòu)的關(guān)注。風(fēng)機增速產(chǎn)品，是風(fēng)力發(fā)電機組中一個重要的機械傳動部件，它機組通常安裝在高山，荒野，海灘，海島等野外用以及強陣風(fēng)的沖擊，并且常年經(jīng)受酷可靠性和使用壽命都提出了比一般機械產(chǎn)品家主要有美國，德國等歐美發(fā)達國歐美發(fā)達國家早已開發(fā)出單機容量達兆瓦級的風(fēng)r過程中采用三維造型設(shè)計，有限元分析，動試驗測試對設(shè)計方案進行驗證。此外，國外輪箱的運行性能進行了系統(tǒng)的研究，為風(fēng)電技術(shù)發(fā)達吸五期間在國家風(fēng)力發(fā)電機組的研究和開發(fā)課題．但是最為世主要是引進國外成熟的技齒以風(fēng)力發(fā)電機組，國內(nèi)的幾十家生產(chǎn)廠商絕．因而增速齒輪的設(shè)計成為風(fēng)力發(fā)電機組的式風(fēng)電機組仍是市場主流。我國風(fēng)電齒輪箱設(shè)計制造技術(shù)的現(xiàn)狀00kW~800kW其增速齒輪箱已在重慶齒輪箱有限責(zé)任公司，南京司，杭州前進齒輪箱集團有限公司等廠家批量生產(chǎn)。產(chǎn)品力術(shù)中的齒輪箱采購規(guī)范進行的齒內(nèi)全掌握先進的設(shè)計制造技鄭州風(fēng)電齒輪箱先進技術(shù)進行了跟蹤研究并依靠幾十的成果，經(jīng)驗的積累開發(fā)出了全套風(fēng)力發(fā)電傳動裝置Gear慮件的設(shè)計，計算和分析等功能，可完成風(fēng)電載荷譜分析，當(dāng)量載荷計算E有限元分析和優(yōu)化。來取得了長足的進步基本掌握了兆瓦才，3)未完全掌握大型風(fēng)電增速箱的設(shè)計制造技術(shù)產(chǎn)品以仿制為主可靠性不高,質(zhì)量穩(wěn)定性較差。掌握設(shè)計制造技術(shù)的企業(yè)數(shù)量較少無論是產(chǎn)品數(shù)量還是產(chǎn)品風(fēng)電齒輪箱結(jié)構(gòu)設(shè)計。依據(jù)某型風(fēng)機所要求的技術(shù)匹配參數(shù)，選擇適當(dāng)?shù)凝X角等的確定。通過對運動副的受力分析，依照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進行靜強度校核。組中，齒輪箱是一個重要的機械部件，其主要功能是將風(fēng)輪在風(fēng)力作用下所產(chǎn)速作用來實現(xiàn)，故也將根據(jù)機組的總體布置要求，有時將與風(fēng)輪輪轂直接相連的傳動軸(俗稱大軸)與齒輪箱合為一體，也有將大軸與齒輪箱分別布置，其間利用漲緊套裝置或聯(lián)軸節(jié)聯(lián)接的結(jié)構(gòu)，本文選用后一種方案。為了增加機組的制動能力，在齒輪箱的輸具體到齒輪箱其它部位諸如軸承，軸等，因為很難用試驗臺來驗證齒輪箱各部第二章增速箱齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計設(shè)計參數(shù)入轉(zhuǎn)速：(行星輪)，太陽輪和行星輪材料用20CNT，滲碳淬火。rni計方案+兩級平行軸圓柱齒輪傳動，兩級行星+一級平行軸圓柱齒輪傳動。相對1)傳動效率高，體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，傳遞功率范圍2)合理使用了內(nèi)嚙合；共軸線式的傳動裝置，使軸向尺寸大大縮小而；運在具有上述特點和優(yōu)越性的同時，行星齒輪傳動也存在一些缺點：結(jié)構(gòu)形作為均載浮動件時浮動靈敏，結(jié)構(gòu)簡單，被載，尤其是具有三個行星輪時，效果最為顯受載荷，要實現(xiàn)這一目標(biāo)行(1)保證兩太陽輪和系桿轉(zhuǎn)軸的軸線重合，即滿足同心條件:Z1+2Z2=Z3()(2)保證3個均布的行星輪相互間不發(fā)生干涉，即滿足鄰接條件:(3)設(shè)計行星輪時，為使各基本構(gòu)件所受徑向力平衡，各行星輪在圓周上應(yīng)均勻分布或?qū)ΨQ分布。為使相鄰兩個行星輪不相互碰撞，必須保證它們齒頂()()用多個行星輪時，各行星輪能夠均勻地(Z1+Z3)K=C保證輪系能夠?qū)崿F(xiàn)給定的傳動比i，即滿足傳動比條件。當(dāng)內(nèi)齒圈不動Z時Z3=i1H11()1223滿足的同心條件：行星架的i*i=28.21回轉(zhuǎn)軸線應(yīng)該和兩中心輪的幾()()Z+Z=Z一Z(同時選用奇數(shù)或同時為偶數(shù))1323limlim取Z=Z，n=n，B=dd=1.2，K=K，OIOnOIOnbIbncIcndndIKKZ2vnHbnNIKKZ2=1.9vIHbINn所以，A=nQKKKZ2Z2nQKKKZ2Z2=OIdIcnvIHbnNIOIOndncIvnHbINnOn21——齒輪的接觸疲勞極限；HlimcdvNZO參數(shù)的計算ntn(1)計算低速級齒輪齒數(shù)O1aO1abOacbac查機械設(shè)計手冊表14-5-2(變位傳動的端面嚙合角)。tactcb(2)計算a-c傳動的中心距與模數(shù)PTIni。PTIni。在a-c傳動中，小輪(太陽輪)傳遞的扭矩：太陽輪和行星輪材料用20CNT，滲碳淬火，齒面硬度HRC60~62(太陽rni輪)和HRC56~58(行星輪)，選取6=1550MP，齒數(shù)比u=c=1.522，齒HlimazaaaaaaaHlimacMnnaccosa,naccosa,nn(3)計算a-c傳動的實際中心距變動系數(shù)y和嚙合角a,ttacat682t(4)計算a-c傳動的變位系數(shù)a1-13(漸開線函數(shù)得到相應(yīng)的漸開線函數(shù)值))《查機械設(shè)計手冊》第三版第三卷表14-1-5a進行校核：x在P與P線之間，為綜合性能較好區(qū)，可用。ac56acaca(5)計算c-b傳動的中心距變動系數(shù)及嚙合角aa=1*m(z一z)cos=1*23*(94一35)=684.3547mmcb2nbc2cos7.5。(6)計算c-b傳動變位系數(shù)(7)計算重合度bddaaaccda所以，總重合度c=c+c=1.4336+1.0508=2.4844a2115.08696211ntn(1)計算中間級齒輪齒數(shù)，i*Zn=C，2a2abacbanctactcb(2)計算a-c傳動的中心距與模數(shù)選取太陽輪和行星輪材料用20CNT，滲碳淬火，齒面硬度HRC60~62(太rniz陽輪)和HRC56~58(行星輪)，選取6=1550MP，齒數(shù)比u=c=1.7727，Hlimazab齒寬系數(shù)Q==0.85(查機械設(shè)計手冊)。aaaaHlimacn2accosa,2cos24.5。n2accosa,2cos24.5。np(3)計算a-c傳動的實際中心距變動系數(shù)t(4)計算a-c傳動的變位系數(shù)ta1-13(漸開線函數(shù)得到相應(yīng)的漸開線函數(shù)值))《查機械設(shè)計手冊》第三版第三卷表14-1-5a進行校核：x在P與P線之間，為綜合性能較好區(qū)，可用。xac56acxaca(5)計算c-b傳動的中心距變動系數(shù)及嚙合角a,a=1*m(z一z)cosb=1*13*(101一39)=407.476mmcb2nbc2cos8.5。(6)計算c-b傳動變位系數(shù)(7)計算重合度abT=T*nT=T*ni==22ntn(1)計算1-2傳動中心距m1aHp ((---許用接觸應(yīng)力，可查機械設(shè)計手冊14-1-21得到(對應(yīng)值)HpHppnn31z312(2)計算1-2傳動的實際中心距變動系數(shù)y和嚙合角a,ttaca,tt(3)計算1-2分配度的變位系數(shù)12(4)計算重合度：總ab()()()()度校核為進行齒輪的強度計算，需要對行星輪以及太陽輪進行受力分析。當(dāng)行星輪數(shù)目為n。，假定各套行星輪載荷均勻，只需分析其中任一套行星輪與中心輪的組合即可。通常略去摩擦力和重力的影響，各構(gòu)件在輸入轉(zhuǎn)矩的作用下傳力時行星架輸入功率為T，太陽輪輸出功率為T，增速傳動比為i，太陽輪節(jié)a圓直徑為d，根據(jù)斜齒圓柱齒輪傳動受力分析公式，齒輪所受切向力，徑向1T122t11RF=F*tanacosrtnF=F*tanat nnd——主動輪齒寬中點處直徑md——主動輪分度圓直徑1T——表示額定轉(zhuǎn)矩1(1)低速級輸入級行星輪C：n1n1rtnat(2)低速級輸入級太陽輪b：n1n1T11rtnat(3)中間級太陽輪b：n1n力矩T=a=N.m1n3T11rtnat(4)中間級行星輪C：n1nT11T力矩T=a=272586.5N.mnT11rtnat(5)高速級大齒輪z：1n1nT力矩T=a=312180N.m1nT11rtn軸向力F=F*tan=77835Nat(6)高速級大齒輪z：2n1n1FFtanacos=130745Nrtn軸向力F=F*tan=77835Nat校核(1)低速級接觸強度計算：式中:F=maxcaldF——計算切向載荷，N；Fcal——最大轉(zhuǎn)矩，修正載荷系數(shù)：因已經(jīng)按最大載荷計算，取使用系=1。AHH式中：——靜強度最大齒面應(yīng)力，Nmm2Hst=zzzzFcalu+1kkk(接觸應(yīng)力)HstHEdbuvHHad直徑；1ukAkzz——節(jié)點區(qū)域系數(shù)；HEHHk——接觸強度計算的齒間載荷分布系數(shù)；HaZ——接觸強度計算的重合系數(shù)；c(式中各數(shù)據(jù)通過查《機械設(shè)計手冊》第三版第三卷表14-2-9(強度計算公式中個參數(shù)的確定方法)得到。)用系數(shù)查表k=A動載荷系數(shù)kv2④齒間載荷分布系數(shù)kHa查機械設(shè)計手冊得k=1Ha⑤節(jié)點區(qū)域系數(shù)zHattxx3bebba⑧螺旋角系數(shù)z=cosb=0.9957b其中按接觸應(yīng)力(=zzzzcalkkk=(NHstHEebdbuvHbHa1⑨壽命系數(shù)z=0.95TOzzHHlimS=HHHlimH(2)中間級接觸強度計算11calkkcalkkk=(Nmm2)dbuvHHadbuvHHa1HH(3)高速級接觸強度計算值值力=zzzzHstHEcFu+1calkkk=(Nmm2)dbuvHHa1zzHS=HlimNTw=>H第三章傳動軸的設(shè)計與校核在傳動軸的初步設(shè)計過程中，由于傳動軸支撐和其他零件的位置，作用載荷等需要設(shè)計確定。首先可根據(jù)主軸傳遞扭矩初定出最小軸徑，再以此為基礎(chǔ)低速級傳動軸尺寸參數(shù)計算與校核低速級傳動軸經(jīng)上述計算，傳動的功率p=，轉(zhuǎn)速n=1173.7rpm，齒輪寬1w1pminnpminn2計算軸的最小直徑并加大3%用來考慮鍵槽的影響.軸上零矩，其工作能力按扭轉(zhuǎn)強度條件計PdA3mmPn45鋼[]＝30~40TTTTTT中間級傳動軸經(jīng)上述計算，傳動的功率p=p*n=，轉(zhuǎn)速211w112pminnpminn2計算軸的最小直徑并加大3%用來考慮鍵槽的影響軸的結(jié)構(gòu)如下圖所示軸上零矩，其工作能力按扭轉(zhuǎn)強度條件計d>A3n45鋼[T]＝30~40T計計算高速級傳動軸經(jīng)上述計算，傳動的功率p=p*n=，轉(zhuǎn)速322w222冊。選用的材料20CMT，調(diào)質(zhì)處理。rnipp2計算軸的最小直徑并加大3%用來考慮鍵槽的影響輸出傳動軸的設(shè)計計算高速級傳動軸經(jīng)上述計算，傳動的功率p=p*n=5000kw，轉(zhuǎn)速433w333冊。選用的材料20CMT，調(diào)質(zhì)處理。rnipp2計算軸的最小直徑并加大3%用來考慮鍵槽的影響軸的結(jié)構(gòu)如下圖所示圖3-5輸出軸零件圖第四章齒輪箱其他部件的設(shè)計部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸承蓋用以固定軸承，調(diào)整軸承間隙及承受軸向載荷，軸承蓋有嵌入式和放置調(diào)整墊片，比較麻煩，故多用于不調(diào)與軸配合處有較大厚度，設(shè)計時應(yīng)使其厚度開槽，并將軸承蓋的端部直徑做小些，以保行星架是行星齒輪傳動中的一個重要構(gòu)件，在行星輪系中起著承上啟下的作用，直接影響齒輪箱的壽命和齒輪箱的噪聲，一個結(jié)構(gòu)合理的行星架應(yīng)當(dāng)是荷較的振動和噪聲，為此對行星架的制作1)行星架的材料應(yīng)選用QT700，42CMA,其力學(xué)性能應(yīng)分別符合rn齒輪箱箱體設(shè)計箱體是傳動齒輪箱的重要零件，它承受來自風(fēng)輪的作用力和齒輪傳動時產(chǎn)生的反力。箱體必須有足夠的剛性去承受力和力矩的作用，防止變形，保證質(zhì)量。箱體的設(shè)計應(yīng)該按照風(fēng)力發(fā)電機組動力傳動的布局，加工和裝配，檢查以及維護等要求來進行。應(yīng)該注意軸承支撐和機座支承的不同方向的反力及其相對值，選取合適的支承結(jié)構(gòu)和壁厚，增加必要的加強筋。同時加強筋的位置必須與引起箱體變形的作用力方向一致。對于傳動齒輪箱箱體材料選擇，采用鑄他高強度鑄鐵。設(shè)計鑄造箱體時應(yīng)該避免免產(chǎn)生縮孔和縮松等缺陷。在大型風(fēng)力發(fā)電機的單是焊接或焊接與鑄造相結(jié)合的箱體。為減少機械加為防止出現(xiàn)裂紋，無論是鑄造或是焊接箱體均應(yīng)該除內(nèi)應(yīng)力。為了方便裝配和定期檢查齒輪的嚙合情輪箱的密封、潤滑、冷卻齒輪箱軸伸部位的密封一方面應(yīng)能防止?jié)櫥屯庑?，同時也能防止雜質(zhì)進和端蓋孔相對于軸承孔的不同軸度。在端蓋孔或軸頸上加工出一些溝槽，一般造和裝拆，應(yīng)能隨壓力的升高而提高密封能力和有利于自動補償磨損。